Метеорологические условия загрязнения атмосферы, Инверсии температуры воздуха, их типы и параметры - Анализ потенциала загрязнения атмосферы

Инверсии температуры воздуха, их типы и параметры

Под метеорологическими факторами понимаются скорость и направление ветра, устойчивость атмосферы, слои инверсии и изотермии (задерживающие слои атмосферы), температура воздуха, облачность, туманы и др. Под влиянием этих факторов уровень загрязнения атмосферы может колебаться в широких пределах

Перенос примесей в верхние слои атмосферы определяется характером распределения температуры в атмосфере с высотой - устойчивостью атмосферы, степенью изменения температуры с высотой, то есть вертикальным градиентом температуры на единицу расстояния, обычно на сто метров. Состояние атмосферы бывает равновесным, устойчивым и неустойчивым. Степень устойчивости атмосферы определяет поведение воздушной частицы, выведенной из первоначального положения в выше или ниже лежащий слой атмосферы.

Частицы теплого воздуха поднимаются вверх, холодного - опускаются вниз. Обычно в атмосфере происходит падение температуры с высотой. Если градиент температуры в сухой атмосфере равен 1 градус на сто метров, то воздух на любой высоте будет находиться в равновесии. Каждая воздушная частица, перемещающаяся вверх или вниз, принимает температуру окружающего воздуха и ее плотность становится равной плотности окружающих ее частиц, следовательно, нет причин к ее подъему или опусканию. В таком случае говорят, что атмосфера находится в состоянии безразличного равновесия, или что наблюдается равновесная стратификация. В естественных условиях влажного воздуха равновесное состояние наблюдается при меньшем градиенте температуры (примерно 0.6 градусов на сто метров).

Если вертикальный градиент температуры в атмосфере меньше, чем при равновесии, то частица, перемещающаяся вверх, охлаждается и скоро станет холоднее, чем окружающий воздух и тяжелее его. Поэтому она опустится и снова займет свое первоначальное положение. В этом случае атмосфера находится в состоянии устойчивого равновесия, то есть наблюдается устойчивая стратификация атмосферы.

Если вертикальный градиент температуры больше равновесного, то воздушная частица, начав двигаться вверх или вниз, будет продолжать свое движение со всевозрастающим ускорением. Чем дальше она уходит от первоначального положения, тем больше ее температура отклоняется от температуры окружающего воздуха. В таком случае говорят о неустойчивой стратификации.

При вертикальном градиенте температуры значительно большем 1°С на сто метров, в приземном слое атмосферы создаются неупорядоченные движения воздуха - атмосферная турбулентность.

Возрастание температуры с высотой называется инверсией температуры. Инверсия температуры может наблюдаться как у поверхности земли - приземная инверсия (нижняя граница совпадает с земной поверхностью) и приподнятая инверсия (нижняя граница расположена на некоторой высоте). Изотермия характеризуется ровным ходом температуры воздуха с высотой. Слои с изотермией и инверсией температуры являются задерживающим слоем для динамической турбулентности и конвекции, поэтому в значительной степени способствуют накоплению вредных примесей в приземном слое атмосферы. В большом городе повторяемость и приземных, и приподнятых инверсий высокая, однако соотношение между видами инверсий противоположно [4].

В Москве и Санкт-Петербурге изучались зависимости вертикальных профилей температуры в нижнем слое атмосферы 500 метров от синоптических ситуаций. Причем типы синоптических ситуаций были разделены на две группы в соответствии с термическим состоянием воздушной массы, и еще на две групп в соответствии со скоростью ветра.

Основные результаты анализа профилей нижнего 500 - метрового слоя атмосферы, следующие: по данным за 4-часовой срок в зимний сезон, преобладание приземных инверсий в антициклонах главным образом связано с синоптической ситуацией (холодный антициклон, то есть низкие температуры воздуха и слабые ветра). В таких ситуациях повторяемости приземных инверсий составили 80%. При усилении ветров в холодном антициклоне увеличивается повторяемость приподнятых инверсий. Последнее, видимо, связано с поднятием приземной инверсии за счет динамической турбулентности в нижнем слое атмосферы.

Отсутствие инверсий в циклонах связано с его теплыми частями и большими скоростями ветра. В холодных частях циклона при слабом ветре наблюдается большая повторяемость приземных инверсий, при сильном - приподнятых.

Инверсии температуры принято характеризовать мощностью, то есть разностью высот от верхней до нижней границы инверсии и интенсивностью, то есть разностью значений температуры на верхней и нижней границах инверсии. Толщина в инверсионной стратификации изменяется в широких пределах от 30-50 до 500 и более метров. Перепад температуры на верхней и нижней границах от десятых долей до 10 градусов и больше [13].

Похожие статьи




Метеорологические условия загрязнения атмосферы, Инверсии температуры воздуха, их типы и параметры - Анализ потенциала загрязнения атмосферы

Предыдущая | Следующая